علماء يبتكرون بطارية ميكروية على شكل كعكة السويسرول
١٤ أغسطس ٢٠٢٣

مع تقدم التكنولوجيا، تزداد الحاجة إلى البطاريات الميكروية ضئيلة الحجم، التي يُمكن استخدامها في تشغيل الأنظمة الميكروية الذكية intelligent microsystems. وتتنوع التطبيقات اليومية لهذه الأنظمة ما بين إنترنت الأشياء IoT، والشرائح الإلكترونية -مثل الشريحة التي تعمل عليها شركة إيلون ماسك نيورالينك-، والمستشعرات الذكية، والروبوتات. ولكن  تواجه البطاريات الميكروية تحديًا يتمثل في توفير الطاقة الكافية، وتخزينها بشكل مناسب، لتشغيل هذه الأنظمة الدقيقة.

لحل هذه المشكلة، استخدم الباحثون تقنية المايكرو أوريجامي، التي تعتمد على تغيير أشكال الأجسام الميكروية قدر المستطاع لتحسين وظيفتها، وذلك لتطوير بطارية ميكروية تُحاكي في تركيبها البطاريات الأسطوانية العادية. واستوحى العلماء تركيب البطارية الميكروية من شكل كعكة السويسرول؛ حيث تلتف رقاقات القطب الكهربائي على ذاتها، وبذلك  يمكن رفع  مستوى كثافة البطارية مع تصغير حجمها لتقارب حبة الأرز.

تتكون البطارية من قطب كهربائي، بمساحة ضئيلة للغاية -0.75 مم²- إضافةً إلى مُعلّق Slurry مكوّن من ثاني أكسيد المنجنيز MnO2، ووظيفته تخزين الطاقة وإطلاق الأيونات أثناء دورات الشحن والتفريغ، ومادة zincophilic binder المُعززة لتُخفف من استهلاك ثاني أكسيد المنجنيز وهل من حركة أيونات الزنك أثناء الدورات المذكورة، مما يُحسّن من كفاءة البطارية بشكل عام.

وعلى الرغم من ضآلة حجم البطارية، فإنها تستطيع تخزين قدرٍ كبير من الطاقة -بالنسبة لحجمها- يصل إلى 3.3 مللي أمبير في الساعة لكل سم2، كما أنها تتمتع بقدرة كبيرة على الشحن والتفريغ، فضلًا عن ثباتها على مدار أكثر من 600 دورة، وعلى عمق تفريغ 50%.

وبذلك يُقلّص هذا الابتكار الفجوة بين البطاريات كبيرة الحجم والبطاريات الميكروية، لدمجها في الأنظمة الميكروية الذكية، وتطبيقاتها المفيدة للحياة اليوميّة.

اقتراح ومراجعة علمية
هبة مجاهد
شركة ASML
تدقيق ومراجعة لغوية
أحمد صفوت
صحفي حر
د/ دعاء مجاهد
جامعة هارفارد
علا زيادة
جامعة القاهرة